潛伏舉升式AGV在汽車零部件工廠的規(guī)劃和應(yīng)用

文/韓立志

在汽車某零部件工廠內(nèi)生產(chǎn)過(guò)程中，線邊存儲(chǔ)物料，供給產(chǎn)線中使用的消耗物料，需要實(shí)時(shí)補(bǔ)充供給。目前均為人工推車搬運(yùn)，推車到產(chǎn)線邊時(shí)由人工抬塑料箱至流利條貨架上存儲(chǔ)，比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。本方案規(guī)劃將此類搬運(yùn)工序使用AGV來(lái)進(jìn)行搬運(yùn)，從而提升工作效率，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)安全性。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：塑料箱尺寸為600×400×150（mm），平底可堆疊，每箱平均可以裝載16件物料。流利條貨架尺寸為1280×800×1500(mm)，分為上中下三層，上層和中層用于積存滿料箱，下層用于積存空料箱，如圖1 。AGV的最大負(fù)載260kg，需要完成三部分任務(wù)：一是將原料從原料區(qū)搬運(yùn)至裝配產(chǎn)線，料箱空滿交換；二是半成品搬運(yùn)至噴漆區(qū)，料箱空滿交換；三是將線邊的成品運(yùn)至成品倉(cāng)庫(kù)，料箱空滿交換。

一、方案規(guī)劃

在規(guī)劃圖(如圖2)中可見(jiàn)，上部左側(cè)區(qū)域?yàn)樵蟼}(cāng)庫(kù)，在原料倉(cāng)庫(kù)內(nèi)設(shè)置有8個(gè)上料點(diǎn)，圖中紅色的線段示意為AGV的行走路線，其執(zhí)行任務(wù)1，是將原料運(yùn)至裝配產(chǎn)線。因?yàn)檐囬g區(qū)域較大，遍布了若干下料點(diǎn)，所以原料運(yùn)至產(chǎn)線的工作任務(wù)比較繁忙。上部右側(cè)區(qū)域是外接噴涂區(qū)，圖中黑色線段示意AGV的行走路線，此為執(zhí)行任務(wù)2，是將半成品運(yùn)送至噴涂區(qū)（此車間內(nèi)未設(shè)置噴漆房，需要在此接口區(qū)域由人工操作其他運(yùn)輸設(shè)備將半成品運(yùn)至實(shí)際的噴涂間進(jìn)行噴涂工藝后，將零件運(yùn)回再供給產(chǎn)線）。規(guī)劃圖中最下部區(qū)域?yàn)槌善穾?kù)區(qū)，產(chǎn)線中只有局部點(diǎn)位產(chǎn)生成品，藍(lán)色的線段示意為AGV的行走路線，此為執(zhí)行任務(wù)3，是將成品運(yùn)回至成品庫(kù)區(qū)。在成品庫(kù)區(qū)內(nèi)設(shè)有三個(gè)下料點(diǎn)，在完成下料后，由成品庫(kù)區(qū)內(nèi)的工作人員理貨進(jìn)行排列并堆疊儲(chǔ)存待發(fā)貨。在每個(gè)產(chǎn)線巷道內(nèi)，都設(shè)置了雙排路線，以免在AGV來(lái)回交錯(cuò)的過(guò)程中發(fā)生堵塞，這樣可以提高運(yùn)行的效率。

圖1 流利條貨架

圖2 規(guī)劃圖

圖3 潛伏舉升式AGV

二、工作流程

1.叫料

由產(chǎn)線邊工作人員根據(jù)產(chǎn)線需求通過(guò)按鈕盒進(jìn)行叫料，經(jīng)無(wú)線AP等硬件通訊后反饋給系統(tǒng)。

2.備料

上料點(diǎn)PC端顯示產(chǎn)線各工位的需求任務(wù)，點(diǎn)選承接任務(wù)后，進(jìn)行備料。對(duì)已待命的AGV車進(jìn)行裝車工作。

3.發(fā)運(yùn)

上料點(diǎn)PC端給定運(yùn)載指令，通過(guò)AP通訊，信號(hào)反饋系統(tǒng)。RCS機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)會(huì)根據(jù)任務(wù)情況進(jìn)行自動(dòng)規(guī)劃路徑給到AGV車指令，AGV車輛發(fā)運(yùn)行駛。

4.下料

AGV車運(yùn)載指定的貨物行駛至固定的地點(diǎn)后，由工作人員操作將料箱轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)流利條貨架上。

5.待命

無(wú)調(diào)度任務(wù)的AGV，回至待命點(diǎn)等待指令或補(bǔ)充電量。

6.空箱回料

空箱在產(chǎn)線邊，積累到一定程度。由工作人員裝載至AGV車上，隨空車返回上料點(diǎn)，進(jìn)行循環(huán)使用。

三、AGV的選型及參數(shù)

本應(yīng)用方案中選用潛伏舉升式AGV，如圖3?；境叽纾?24×650×260(mm)；最大舉升高度：60mm；額定負(fù)載能力：500kg；滿載最大運(yùn)行速度：1200mm/s；導(dǎo)航方式：二維碼導(dǎo)航；導(dǎo)引定位精度：±10mm；停止角度精度：±1°；工作時(shí)間：24小時(shí)連續(xù)；充電方式：在線自動(dòng)快速充電；AGV設(shè)有多重的安全防護(hù)機(jī)制（激光雷達(dá)檢測(cè)、機(jī)械防撞模塊、物料檢測(cè)傳感器等），以及直觀的信號(hào)燈顯示和特殊情況的報(bào)警提示。綜合來(lái)看，本AGV可以穩(wěn)定、有效地滿足工作的使用。

四、AGV應(yīng)用技術(shù)

圖4 AGV系統(tǒng)硬件整體架構(gòu)

圖5 AGV軟件調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)

潛伏舉升式AGV車是由車身本體、驅(qū)動(dòng)輪系單元、頂升機(jī)構(gòu)、導(dǎo)航系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)、智能充電機(jī)等組成。其中車身本體是整個(gè)AGV的安裝基礎(chǔ)平臺(tái)，各元器件均安裝在車身上。驅(qū)動(dòng)輪系單元是保持AGV行走的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)兩個(gè)車輪的差速控制實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退以及轉(zhuǎn)彎等行走模式。導(dǎo)航系統(tǒng)主要是通過(guò)地面二維碼的視覺(jué)識(shí)別以及通過(guò)陀螺儀的角度定位來(lái)判斷自身的位置和角度。供電系統(tǒng)是由磷酸鐵鋰電池作為供電基礎(chǔ)單元加設(shè)電量控制，來(lái)為AGV的各項(xiàng)功能提供電能。電氣控制系統(tǒng)包含主控制器是AGV小車運(yùn)行的大腦，用來(lái)向小車的驅(qū)動(dòng)輪系單元發(fā)送行走控制指令。安全防護(hù)系統(tǒng)由激光雷達(dá)、安全碰撞觸邊、急停按鈕等組成，是維護(hù)車輛及相關(guān)人員安全的保障。智能充電機(jī)是為AGV充電的設(shè)備，AGV設(shè)置有電量閥值，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)置的固定電量時(shí)，AGV可自動(dòng)回至充電點(diǎn)，自動(dòng)由充電機(jī)充電。

AGV系統(tǒng)硬件整體架構(gòu)，主要采用局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)AGV、AGV管理監(jiān)控計(jì)算機(jī)、物流管理系統(tǒng)、各生產(chǎn)線及數(shù)據(jù)庫(kù)之間的通訊，硬件整體架構(gòu)設(shè)計(jì)方案，如圖4。

五、生產(chǎn)節(jié)拍的匹配計(jì)算

以原料庫(kù)至一號(hào)上料點(diǎn)為例，單程距離L=42.7m，擬定AGV運(yùn)載物料穩(wěn)定行駛的速度為V=0.5m/s，AGV旋轉(zhuǎn)共計(jì)耗時(shí)t2=40s，人員對(duì)接耗時(shí)t3=50s。則AGV在原料庫(kù)至一號(hào)上料點(diǎn)過(guò)程中行駛總耗時(shí)。根據(jù)該料點(diǎn)單品節(jié)拍為Q=42s,而AGV單車運(yùn)載物料單品數(shù)量為P=18(箱)，則每小時(shí)（即3600秒s）內(nèi)AGV循環(huán)次數(shù)為R=3600/(Q＊P)=3600/(42＊18)=4.76（次）。設(shè)置冗余系數(shù)U=1.3，則AGV數(shù)量臺(tái)。

而依次類推，在總布局中共74項(xiàng)AGV需要搬運(yùn)的路程，距離各不相同。經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，AGV需求分別為0.11臺(tái)、0.19臺(tái)、0.28臺(tái)等等。最終累計(jì)求和統(tǒng)計(jì)出本案例中實(shí)際需求的AGV數(shù)量為14.4臺(tái)，取整即為15臺(tái)能滿足產(chǎn)線節(jié)拍供給的需求。

六、總結(jié)

本案例通過(guò)對(duì)潛伏舉升式AGV的應(yīng)用，解決了某汽車零部件廠生產(chǎn)線線邊的實(shí)時(shí)供料問(wèn)題，成為在此行業(yè)內(nèi)一個(gè)成功應(yīng)用案例。本應(yīng)用的規(guī)劃是根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境，采用了合理的路線設(shè)計(jì)，有效地減少AGV小車的空跑時(shí)間和等待時(shí)間，提高了效率。自動(dòng)化集成制造的發(fā)展，使AGV的應(yīng)用和研究進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代?，F(xiàn)代物流最大的趨勢(shì)就是網(wǎng)絡(luò)化與智能化。在制造企業(yè)內(nèi)部，現(xiàn)代倉(cāng)儲(chǔ)配送中心往往與企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)相融合，倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)作為生產(chǎn)系統(tǒng)的一部分，在企業(yè)生產(chǎn)管理中起著非常重要的作用。